[發明專利]基于脈動熱管的數據中心芯片級冷卻裝置及其制造方法

在審

• 申請號: 202110246929.2
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN112968008A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 李震;陳亮;李學智;曹瀚文;習浩楠;陳曉軒;曹建國
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/427
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 戴冬瑾

1.一種基于脈動熱管的數據中心芯片級冷卻裝置，其特征在于，包括：冷凝器；脈動熱管彎折組成的蒸發端、絕熱段和冷凝端；

所述絕熱段設置在所述蒸發端和所述冷凝端之間；

所述冷凝器設置在芯片上方，用于將芯片產生的熱量傳導至所述蒸發端，所述冷凝器由上下兩塊蓋板組成，所述蒸發端的脈動熱管封裝在所述冷凝器的上下蓋板之間；

所述冷凝器和脈動熱管的蒸發端之間的間隙填充有高導熱性能材料。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述絕熱段彎曲形成上下高低差異的階梯狀結構。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述冷凝器的上下蓋板均帶有與脈動熱管蒸發端尺寸一致的溝槽。

4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述絕熱段的脈動熱管設置有充液口。

5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，脈動熱管由毛細管彎折而成，脈動熱管的蒸發端和冷凝端為壓扁后的毛細管，毛細管是內壁為光滑的金屬管，材質包括金屬或金屬合金。

6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，脈動熱管的工質根據大功率芯片工作溫度范圍選取，包括水、乙醇的單一溶液或納米顆粒流體混合液。

7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，脈動熱管的幾何尺寸根據芯片的封裝尺寸、熱流密度和工作溫度需求確定。

8.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述高導熱性能材料包括導熱硅脂或液態金屬。

9.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述冷凝端與數據中心機架外連接的二級散熱裝置連接。

10.一種基于脈動熱管的數據中心芯片級冷卻裝置的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

選取所需管徑、總長和材質的毛細管，清洗除污并干燥后將毛細管兩端套上保護套；

采用壓彎機對毛細管進行彎折，將蒸發端和冷凝端的毛細管進行壓扁操作，在絕熱段最外圍預留充液口；

選取與芯片尺寸對應的金屬塊兩塊，利用微細銑削的方法在金屬塊表面刻槽，刻槽尺寸和蒸發端毛細管尺寸相同，刻槽完成后進行除油清洗，得到冷凝器的上下蓋板；

在蒸發端涂抹高導熱性能材料后，與冷凝器上下蓋板配合壓緊，采用焊接方法進行冷凝器和脈動熱管的固定連接；

通過四通閥，對脈動熱管先抽真空后充液，充液完成后對充液口錫焊密封，完成整個散熱裝置的制造。